KR102462912B1 - Image sensor including vertical transfer gate - Google Patents

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박성근
권영준
우동현
이차영
곽평수
이호령
나민기
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Abstract

본 기술은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공한다. 이미지 센서는 기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라; 상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및 상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고, 상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다. The present technology provides an image sensor with improved performance. The image sensor includes: a photoelectric conversion element including a first impurity region formed to be in contact with a surface of a substrate and a second impurity region having a conductivity type complementary to that of the first impurity region and formed on a substrate under the first impurity region; one or more pillars formed on the photoelectric conversion element; a channel film formed on the surface of the pillar so as to be in contact with the photoelectric conversion element; and a transfer gate formed on the channel layer and surrounding at least a side surface of the pillar, wherein the channel layer in contact with the first impurity region has the same conductivity type as that of the second impurity region, and is formed with the first impurity region and It may have a complementary conductivity type.

Description

수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서{IMAGE SENSOR INCLUDING VERTICAL TRANSFER GATE}IMAGE SENSOR INCLUDING VERTICAL TRANSFER GATE

본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor device manufacturing technology, and more particularly, to an image sensor having a vertical transfer gate.

이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.An image sensor is a device that converts an optical image into an electrical signal. Recently, with the development of the computer industry and the communication industry, the demand for image sensors with improved integration and performance has increased in various fields such as digital cameras, camcorders, PCS (Personal Communication System), game devices, security cameras, medical micro cameras, and robots. is increasing

본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공한다. Embodiments of the present invention provide an image sensor with improved performance.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라; 상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및 상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고, 상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다. An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a first impurity region formed in contact with a surface of a substrate and a second impurity region having a conductivity type complementary to that of the first impurity region and formed on a substrate below the first impurity region photoelectric conversion element; one or more pillars formed on the photoelectric conversion element; a channel film formed on the surface of the pillar so as to be in contact with the photoelectric conversion element; and a transfer gate formed on the channel layer and surrounding at least a side surface of the pillar, wherein the channel layer in contact with the first impurity region has the same conductivity type as that of the second impurity region, and is formed with the first impurity region and It may have a complementary conductivity type.

또한, 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 전송 게이트와 대향하고, 상기 광전변환소자로 입사광이 유입되는 입사면 상에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 상에 형성된 집광부재를 더 포함할 수 있다. In addition, the image sensor according to the embodiment includes a color filter layer facing the transfer gate and formed on an incident surface through which incident light is introduced into the photoelectric conversion element; and a light collecting member formed on the color filter layer.

상기 제2불순물영역은 상기 제1불순물영역 내에 형성되어 상기 제1불순물영역이 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 상기 제1불순물영역에서 상기 채널막과 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 제2불순물영역은 전하이동방향에 따라 점차 불순물의 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 상기 필라의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형을 가질 수 있다. 상기 필라는 버티컬한 측벽, 경사진 측벽 또는 측벽이 요철 구조를 가질 수 있다. 상기 필라는 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 채널막은 상기 광전변환소자 전체와 중첩될 수 있다. 상기 채널막은 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 상기 전송 게이트는 상기 필라 상부면 상에 형성된 상기 채널막을 노출시키는 오픈부를 포함할 수 있다. The second impurity region may be formed in the first impurity region so that the first impurity region surrounds the second impurity region. A portion of the first impurity region in contact with the channel layer may have a relatively thin thickness. The second impurity region may have a profile in which the doping concentration of the impurity gradually increases according to the charge transfer direction. The planar shape of the pillar may have a polygonal, circular, or elliptical shape greater than or equal to a triangle. The pillar may have a vertical sidewall, an inclined sidewall, or a concave-convex structure on the sidewall. The pillar may include an insulating material. The channel layer may overlap the entire photoelectric conversion device. The channel layer may include doped polysilicon doped with impurities. The transfer gate may include an open portion exposing the channel layer formed on the top surface of the pillar.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 기판에 형성된 광전변환소자; 상기 광전변환소자 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 갖는 전송 게이트; 상기 전송 게이트 상에 형성된 플로팅디퓨전층; 및 상기 하나 이상의 관통홀 각각에 갭필되고 상기 전송 게이트에 인가되는 신호에 응답하여 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전층 사이를 전기적으로 연결하며, 공핍 모드로 동작하는 채널막; 및 상기 플로팅디퓨전층 상에 형성된 캐패시터를 포함할 수 있다. An image sensor according to an embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element formed on a substrate; a transmission gate formed on the photoelectric conversion element and having one or more through-holes passing therethrough; a floating diffusion layer formed on the transfer gate; and a channel film that is gap-filled in each of the one or more through-holes, electrically connects the photoelectric conversion element and the floating diffusion layer in response to a signal applied to the transfer gate, and operates in a depletion mode. and a capacitor formed on the floating diffusion layer.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 기판 상에 형성되어 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터를 덮는 층간절연막; 상기 층간절연막 상에 형성된 로직회로층; 및 상기 층간절연막을 관통하여 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터 각각과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 콘택들을 더 포함할 수 있다. In addition, the image sensor according to an embodiment of the present invention includes an interlayer insulating film formed on the substrate to cover the transfer gate, the floating diffusion layer, and the capacitor; a logic circuit layer formed on the interlayer insulating film; and contacts passing through the interlayer insulating layer to electrically connect each of the transfer gate, the floating diffusion layer, and the capacitor to the logic circuit layer.

상기 광전변환소자는, 상기 기판에 형성된 제1, 제2 및 제3불순물영역을 포함하고, 상기 제1 및 제3불순물영역은 동일한 도전형은 갖고, 상기 제2불순물영역은 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가지며, 상기 제1불순물영역은 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖고, 상기 제2불순물영역 일부가 상기 제1불순물영역을 관통하여 상기 채널막에 접하는 형태를 가지며, 상기 제3불순물영역은 상기 채널막과 상기 제2불순물영역 사이에 게재될 수 있다. 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가질 수 있다. 상기 전송 게이트와 접하는 제1불순물영역의 두께보다 상기 제3불순물영역의 두께가 더 얇을 수 있다. 상기 제2불순물영역은 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 상기 전송 게이트는 게이트전극 및 상기 게이트전극을 밀봉하도록 상기 게이트전극 전면에 형성된 게이트절연막을 포함할 수 있다. 상기 게이트절연막은, 상기 게이트전극과 상기 광전변환소자 사이에 형성된 제1게이트절연막; 상기 게이트전극과 상기 플로팅디퓨전층 사이에 형성된 제2게이트절연막; 및 상기 게이트전극 측벽에 형성된 제3게이트절연막을 포함할 수 있다. 상기 제1게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막은는 저유전물질(Low-K materials)을 포함하고, 상기 제3게이트절연막은 고유전물질(High-K materials)을 포함할 수 있다. 상기 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 상기 제1전극은 상기 플로팅디퓨전층을 포함할 수 있다. The photoelectric conversion element includes first, second and third impurity regions formed on the substrate, the first and third impurity regions have the same conductivity type, and the second impurity region includes the first and first impurity regions. It has a conductivity type complementary to that of the third impurity region, the first impurity region has a shape surrounding the second impurity region, and a portion of the second impurity region passes through the first impurity region and is in contact with the channel film and the third impurity region may be disposed between the channel layer and the second impurity region. The channel layer may have the same conductivity type as that of the second impurity region, and a conductivity type complementary to that of the first and third impurity regions. A thickness of the third impurity region may be smaller than a thickness of the first impurity region in contact with the transfer gate. The second impurity region may have a profile in which an impurity doping concentration gradually increases along a charge transfer direction. The transfer gate may include a gate electrode and a gate insulating layer formed on the entire surface of the gate electrode to seal the gate electrode. The gate insulating layer may include a first gate insulating layer formed between the gate electrode and the photoelectric conversion element; a second gate insulating layer formed between the gate electrode and the floating diffusion layer; and a third gate insulating layer formed on a sidewall of the gate electrode. The first gate insulating layer and the second gate insulating layer may include low-k materials, and the third gate insulating layer may include high-k materials. The capacitor may have a form in which a first electrode, a dielectric layer, and a second electrode are sequentially stacked, and the first electrode may include the floating diffusion layer.

상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있다. 특히, 암전류 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공할 수 있다. The present technology based on the means for solving the above-described problems can provide an image sensor that is easy to achieve high integration and can prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration. In particular, it is possible to provide an image sensor capable of improving dark current characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 적용 가능한 채널 구조물을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도 8에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면. 1 is a block diagram schematically illustrating an image sensor according to embodiments of the present invention;
2 is a plan view illustrating an image sensor according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view of the image sensor according to the first embodiment of the present invention taken along line A-A' shown in FIG. 2;
4 is a plan view showing a modified example of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.
5A to 5C are perspective views illustrating a channel structure applicable to an image sensor according to embodiments of the present invention;
6 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a third embodiment of the present invention.
8 is a plan view illustrating an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention taken along line A-A' shown in FIG. 8;
10 is a plan view showing a modified example of the image sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
11 is a diagram schematically illustrating an electronic device having an image sensor according to embodiments of the present invention;

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다. Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings in order to describe in detail enough that a person of ordinary skill in the art can easily implement the technical idea of the present invention. The drawings are not necessarily drawn to scale, and in some examples, the proportions of at least some of the structures illustrated in the drawings may be exaggerated in order to clearly show the features of the embodiments. When a multi-layer structure having two or more layers is disclosed in the drawings or detailed description, the relative positional relationship or arrangement order of the layers as shown only reflects a specific embodiment, and thus the present invention is not limited thereto, and the relative positions of the layers The relationship or arrangement order may be different. Further, the drawings or detailed description of a multi-layer structure may not reflect all layers present in a particular multi-layer structure (eg, one or more additional layers may be present between the two layers shown). For example, in the multilayer structure of the drawings or detailed description, where a first layer is on a second layer or on a substrate, it indicates that the first layer can be formed directly on the second layer or directly on the substrate. Furthermore, it may also indicate that one or more other layers are present between the first layer and the second layer or between the first layer and the substrate.

후술하는 본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 여기서, 성능이 향상된 이미지 센서는 고화소 이미지를 제공할 수 있는 이미지 센서를 의미할 수 있다. 고화소 이미지를 제공하기 위해서는 복수의 단위픽셀들이 고집적화된 이미지 센서가 요구되는 바, 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 픽셀들 각각은 수직 전송 게이트(vertical transfer gate)를 갖는 전송 트랜지스터(transfer transistor)를 포함하고, 전송 트랜지스터와 광전변환소자(photoelectric conversion element)가 적층된 형태를 가질 수 있다.An embodiment of the present invention, which will be described later, is to provide an image sensor with improved performance and a method for manufacturing the same. Here, the image sensor with improved performance may mean an image sensor capable of providing a high-pixel image. In order to provide a high-pixel image, an image sensor in which a plurality of unit pixels are highly integrated is required. In the image sensor according to the embodiment, each of the plurality of pixels includes a transfer transistor having a vertical transfer gate. Including, the transfer transistor and the photoelectric conversion element (photoelectric conversion element) may have a stacked form.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an image sensor according to embodiments of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 단위픽셀(110)들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 100), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS, 120), 아날로그-디지털 컨버터(analog digital converter, ADC, 130), 버퍼(Buffer, 140), 로우 드라이버(row driver, 150), 타이밍 제너레이터(timing generator, 160), 제어 레지스터(control register, 170) 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 180)를 포함할 수 있다. 1, the image sensor according to the embodiment includes a pixel array 100 in which a plurality of unit pixels 110 are arranged in a matrix structure, correlated double sampling (CDS, 120), analog digital converter (ADC) 130, buffer 140, row driver 150, timing generator 160, control register 170 and ramp signal It may include a generator (ramp signal generator, 180).

타이밍 제너레이터(160)는 로우 드라이버(150), 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130) 및 램프 신호 제너레이터(180) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 레지스터(170)는 램프 신호 제너레이터(180), 타이밍 제너레이터(160) 및 버퍼(140) 각각의 동작을 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다. The timing generator 160 may generate one or more control signals for controlling the operation of each of the row driver 150 , the correlated double sampling 120 , the analog-to-digital converter 130 , and the ramp signal generator 180 . The control register 170 may generate one or more control signals for controlling operations of the ramp signal generator 180 , the timing generator 160 , and the buffer 140 , respectively.

로우 드라이버(150)는 픽셀 어레이(100)를 로우라인(row line) 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(150)는 복수의 로우라인(row line)들 중에서 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 선택 신호를 생성할 수 있다. 복수의 단위픽셀(110)들 각각은 입사광을 감지하여 이미지 리셋 신호와 이미지 신호를 컬럼라인(column line)을 통해 상관 이중 샘플링(120)으로 출력할 수 있다. 상관 이중 샘플링(120)은 수신된 이미지 리셋 신호와 이미지 신호 각각에 대하여 샘플링을 수행할 수 있다. The row driver 150 may drive the pixel array 100 in a row line unit. For example, the row driver 150 may generate a selection signal for selecting any one row line from among a plurality of row lines. Each of the plurality of unit pixels 110 may sense incident light and output an image reset signal and an image signal as the correlated double sampling 120 through a column line. The correlated double sampling 120 may perform sampling on each of the received image reset signal and the image signal.

아날로그-디지털 컨버터(130)는 램프 신호 제너레이터(180)로부터 출력된 램프 신호와 상관 이중 샘플링(120)으로부터 출력되는 샘플링 신호를 서로 비교하여 비교 신호를 출력할 수 있다. 타이밍 제너레이터(160)로부터 제공되는 클럭 신호에 따라 비교 신호의 레벨 전이(transition) 시간을 카운트하고, 카운트 값을 버퍼(140)로 출력할 수 있다. 램프 신호 제너레이터(180)는 타이밍 제너레이터(160)의 제어 하에 동작할 수 있다.The analog-to-digital converter 130 may compare the ramp signal output from the ramp signal generator 180 and the sampling signal output from the correlated double sampling 120 with each other to output a comparison signal. A level transition time of the comparison signal may be counted according to a clock signal provided from the timing generator 160 , and the count value may be output to the buffer 140 . The ramp signal generator 180 may operate under the control of the timing generator 160 .

버퍼(140)는 아날로그-디지털 컨버터(130)로부터 출력된 복수의 디지털 신호 각각을 저장한 후 이들 각각을 감지 증폭하여 출력할 수 있다. 따라서, 버퍼(140)는 메모리(미도시)와 감지증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 메모리는 카운트 값을 저장하기 위한 것이며, 카운트 값은 복수의 단위픽셀(110)들로부터 출력된 신호에 연관된 카운트 값을 의미한다. 감지증폭기는 메모리로부터 출력되는 각각의 카운트 값을 감지하여 증폭할 수 있다.The buffer 140 may store each of a plurality of digital signals output from the analog-to-digital converter 130 , and then sense and amplify each of them and output them. Accordingly, the buffer 140 may include a memory (not shown) and a sense amplifier (not shown). The memory is for storing a count value, and the count value means a count value associated with signals output from the plurality of unit pixels 110 . The sense amplifier may sense and amplify each count value output from the memory.

여기서, 고화소 이미지를 제공하기 위해서는 픽셀 어레이(100) 내 집적되는 단위픽셀(110)의 수를 필연적으로 증가시켜야만 한다. 즉, 제한된 면적내에 더 많은 단위픽셀(110)을 배치해야하며, 이를 위해 단위픽셀(110)의 물리적 사이즈를 감소시켜야만 한다. 그러나, 이미지 센서는 입사광에 응답하여 각각의 단위픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 기반으로 동작하기 때문에 단위픽셀(110)의 물리적 사이즈를 감소시키면, 단위픽셀(100)의 특성이 열화될 수 밖에 없다. Here, in order to provide a high-pixel image, it is necessary to inevitably increase the number of unit pixels 110 integrated in the pixel array 100 . That is, more unit pixels 110 must be arranged within a limited area, and for this purpose, the physical size of the unit pixels 110 must be reduced. However, since the image sensor operates based on a pixel signal generated from each unit pixel in response to incident light, when the physical size of the unit pixel 110 is reduced, the characteristics of the unit pixel 100 are inevitably deteriorated.

따라서, 후술하는 본 발명의 실시예는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있는 이미지 센서에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Accordingly, an embodiment of the present invention, which will be described later, will be described in detail with reference to the drawings for an image sensor that can easily be highly integrated and can prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서를 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서에 적용 가능한 채널 구조물을 도시한 사시도이다. FIG. 2 is a plan view showing an image sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the image sensor according to the first embodiment of the present invention taken along line A-A' shown in FIG. to be. 4 is a plan view illustrating a modified example of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. 5A to 5C are perspective views illustrating a channel structure applicable to an image sensor according to embodiments of the present invention.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다. 2 to 4 , in the image sensor according to the first embodiment, a photoelectric conversion element 203 formed on a substrate 200, one or more penetrations formed on the photoelectric conversion element 203 and penetrating itself A transfer gate 208 having a hole 207, a floating diffusion layer 214 formed on the transfer gate 208, and one or more through-holes 207 are respectively gap-filled and in response to the transfer gate 208 a photoelectric conversion element ( The channel structure 210 electrically connecting between the 203 and the floating diffusion layer 214 may include a capacitor 217 formed on the floating diffusion layer 214 .

또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다. In addition, the interlayer insulating film 209 formed on the substrate 200 and covering the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214 and the capacitor 217, the logic circuit layer 220 formed on the interlayer insulating film 209, and It may include contacts C1, C2, and C3 that pass through the interlayer insulating layer 209 and electrically connect the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214, and the capacitor 217 to the logic circuit layer 220, respectively. can In addition, the color filter layer 218 and the light collecting member 219 formed on the color filter layer 218 opposite to the transfer gate 208 and formed on the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 203 are formed. may include

이하, 각 구성에 대해서 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, each configuration will be described in detail.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203)를 포함할 수 있다. 기판(200)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(200)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 그리고, 기판(200)은 씨닝공정(thinning process)을 통해 박막화된 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 씨닝공정을 통해 박막화된 벌크 실리콘 기판일 수 있다. The image sensor according to the first embodiment may include the photoelectric conversion element 203 formed on the substrate 200 . The substrate 200 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 200 may include a single-crystal silicon-containing material. In addition, the substrate 200 may be a thinned substrate through a thinning process. For example, the substrate 200 may be a bulk silicon substrate thinned through a thinning process.

광전변환소자(203)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전변환소자(203)는 제1불순물영역(201) 및 제1불순물영역(201)과 상보적인 도전형을 갖고 채널 구조물(210)과 접하는 제2불순물영역(202)을 포함할 수 있다. 제2불순물영역(202)은 제1불순물영역(201) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 제1불순물영역(201)은 제2불순물영역(202)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있고, 제2불순물영역(202)의 일부가 제1불순물영역(201)을 관통하여 채널 구조물(210)에 접할 수 있다. 제1불순물영역(201)은 P형일 수 있고, 제2불순물영역(202)은 N형일 수 있다. 수직방향으로 제2불순물영역(202)은 균일한 도핑 프로파일을 갖거나, 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 후자의 경우, 광전변환소자(203)에서 생성된 광전하를 보다 효과적으로 전송 게이트(208)로 이동시킬 수 있다. 여기서, 전하이동방향은 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)에서 전송 게이트(208)를 바라보는 방향일 수 있다. The photoelectric conversion element 203 may include a photodiode. Specifically, the photoelectric conversion device 203 may include a first impurity region 201 and a second impurity region 202 having a conductivity type complementary to that of the first impurity region 201 and in contact with the channel structure 210 . have. The second impurity region 202 may be formed in the first impurity region 201 . Accordingly, the first impurity region 201 may have a shape surrounding the second impurity region 202 , and a part of the second impurity region 202 passes through the first impurity region 201 , and the channel structure 210 . ) can be accessed. The first impurity region 201 may be P-type, and the second impurity region 202 may be N-type. The second impurity region 202 may have a uniform doping profile in the vertical direction or a profile in which the impurity doping concentration gradually increases along the charge transfer direction. In the latter case, photocharges generated in the photoelectric conversion element 203 can be more effectively transferred to the transfer gate 208 . Here, the charge transfer direction may be a direction facing the transfer gate 208 from the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 203 .

제1실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)의 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다. 컬러필터층(218)은 색분리(color seperation)를 위한 것으로, 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter), 블루 필터(blue filter), 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter) 등을 포함할 수 있다. 집광부재(219)는 디지털 렌즈(digital lens) 또는 반구형 렌즈(hemispherical lens)를 포함할 수 있다. The image sensor according to the first embodiment may include a color filter layer 218 formed on the incident surface S1 of the substrate 200 and a light collecting member 219 formed on the color filter layer 218 . The color filter layer 218 is for color separation, and includes a red filter, a green filter, a blue filter, a cyan filter, and a yellow filter. , a magenta filter, a white filter, a black filter, an infrared cutoff filter, and the like. The light collecting member 219 may include a digital lens or a hemispherical lens.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(203) 상에 형성된 전송 게이트(208)를 포함할 수 있다. 광전변환소자(203)가 형성된 기판(200) 상에 형성된 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 즉, 전송 게이트(208)는 단위픽셀에 대응하도록 형성된 평판 형태일 수 있다. 이처럼, 광전변환소자(203)와 전송 게이트(208)가 수직방향으로 적층된 형태를 갖기 때문에 집적도를 향상시킬 수 있다. 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)의 대향면(S2) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 전송 게이트(208)는 광전변환소자(203)에 대한 후면 반사층으로 작용할 수도 있다. 이 경우, 광전변환소자(203)의 양자효율을 증대시킬 수 있다. The image sensor according to the first embodiment may include a transmission gate 208 formed on the photoelectric conversion element 203 . The transfer gate 208 formed on the substrate 200 on which the photoelectric conversion element 203 is formed may have a flat plate shape overlapping the photoelectric conversion element 203 . That is, the transfer gate 208 may be in the form of a flat plate formed to correspond to a unit pixel. As such, since the photoelectric conversion element 203 and the transfer gate 208 are vertically stacked, the degree of integration can be improved. The transfer gate 208 may be formed on the opposite surface S2 of the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 203 . Accordingly, the transfer gate 208 may act as a back reflection layer for the photoelectric conversion element 203 . In this case, the quantum efficiency of the photoelectric conversion element 203 can be increased.

또한, 전송 게이트(208)는 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 포함할 수 있고, 관통홀(207) 내에 채널 구조물(210)이 갭필된 형태를 가질 수 있다. 관통홀(207)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다. 따라서, 관통홀(207)에 갭필된 형태를 갖는 채널 구조물(210)은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형의 기둥 형태, 링타입 기둥 형태 또는 실린더 형태를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전송 게이트(208)는 하나의 관통홀(207)을 가질 수 있으며, 이 경우 관통홀(207)은 전송 게이트(208)의 중심부에 위치할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전송 게이트(208)는 복수의 관통홀(207)을 가질 수 있으며, 복수의 관통홀(207)은 전송 게이트(208) 내 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 관통홀(207) 각각의 평면 형상은 서로 동일하거나, 또는 서로 상이할 수 있다. In addition, the transmission gate 208 may include one or more through-holes 207 passing therethrough, and the channel structure 210 may have a gap-filled shape in the through-holes 207 . The planar shape of the through hole 207 may be a triangular or more polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape. Accordingly, the channel structure 210 having a shape gap-filled in the through hole 207 may have a polygonal shape of a triangle or more, a circular or elliptical pillar shape, a ring type pillar shape, or a cylindrical shape. As shown in FIG. 2 , the transmission gate 208 may have one through-hole 207 , and in this case, the through-hole 207 may be located at the center of the transmission gate 208 . Also, as shown in FIG. 4 , the transfer gate 208 may have a plurality of through-holes 207 , and the plurality of through-holes 207 may be disposed in a matrix form in the transfer gate 208 . A planar shape of each of the plurality of through holes 207 may be the same or different from each other.

또한, 전송 게이트(208)는 게이트전극(205) 및 게이트전극(205)이 밀봉된 형태를 갖도록 게이트전극(205) 전면에 형성된 게이트절연막(206)을 포함할 수 있다. 즉, 게이트전극(205)은 게이트절연막(206)에 의해 인접한 구조물들 예컨대, 광전변환소자(203), 플로팅디퓨전층(214) 등과 절연될 수 있다. 게이트전극(205)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다. 게이트전극(205)을 둘러싸는 게이트절연막(206)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 광전변환소자(203)와 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제1게이트절연막(206A), 게이트전극(205)과 플로팅디퓨전층(214) 사이에 위치하는 제2게이트절연막(206B) 및 게이트전극(205)의 측벽 상에 형성된 제3게이트절연막(206C)은 각각 서로 동일한 두께를 가질 수 있다. 그리고, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)은 서로 동일한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)는 고유전물질(high-K materials)을 포함할 수 있다.In addition, the transfer gate 208 may include the gate electrode 205 and the gate insulating layer 206 formed on the entire surface of the gate electrode 205 so that the gate electrode 205 is sealed. That is, the gate electrode 205 may be insulated from adjacent structures, for example, the photoelectric conversion device 203 , the floating diffusion layer 214 , and the like by the gate insulating layer 206 . The gate electrode 205 may include a semiconductor material including silicon or a metallic material. The gate insulating layer 206 surrounding the gate electrode 205 may have a uniform thickness. That is, the first gate insulating film 206A positioned between the photoelectric conversion element 203 and the gate electrode 205 , the second gate insulating film 206B positioned between the gate electrode 205 and the floating diffusion layer 214 , and The third gate insulating layer 206C formed on the sidewall of the gate electrode 205 may have the same thickness. In addition, the first gate insulating layer 206A to the third gate insulating layer 206C may be formed of the same material. For example, the first gate insulating layer 206A to the third gate insulating layer 206C may include high-K materials.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208)를 관통하여 광전변환소자(203)에 전기적으로 연결된 채널 구조물(210)을 포함할 수 있다. 채널 구조물(210)은 전송 게이트(208)의 관통홀(207)에 갭필된 형태를 가질 수 있다. 따라서 채널 구조물(210)은 기둥 형태를 가질 수 있다. 참고로, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하는 채널 구조물(210)은 후술하는 다른 실시예들에도 적용할 수 있다. The image sensor according to the first embodiment may include a channel structure 210 electrically connected to the photoelectric conversion device 203 through the transmission gate 208 . The channel structure 210 may have a gap-filled shape in the through hole 207 of the transfer gate 208 . Accordingly, the channel structure 210 may have a pillar shape. For reference, the channel structure 210 described with reference to FIGS. 5A to 5C may also be applied to other embodiments to be described later.

구체적으로, 도 3 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽에 형성되어 링타입 기둥 형태를 갖는 채널막(211) 및 나머지 관통홀(207)을 갭필하는 실링막(212)을 포함할 수 있다. 링타입 기둥 형태를 갖는 채널막(211)은 오프 상태에서 채널의 완전공핍(fully depletion)이 가능한 선폭으로 구현이 용이하다. 따라서, 전송 게이트(208)의 게이트제어력(gate controllability)을 향상시킬 수 있다. 참고로, 오프 상태는 전송 게이트(208)에 어떠한 바이어스도 인가되지 않은 평형상태를 의미한다. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 5A , the channel structure 210 is formed on the sidewall of the through-hole 207 to gap-fill the channel film 211 having a ring-type columnar shape and the remaining through-holes 207 . and a sealing film 212 to The channel film 211 having a ring-type columnar shape can be easily implemented with a line width that allows full depletion of the channel in the OFF state. Accordingly, the gate controllability of the transfer gate 208 may be improved. For reference, the off state means an equilibrium state in which no bias is applied to the transfer gate 208 .

또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽 및 저면 상에 형성되어 실린더 형태를 갖는 채널막(211) 및 나머지 관통홀(207)을 갭필하는 실링막(212)을 포함할 수 있다. 실린더 형태를 갖는 채널막(211)은 오프 상태에서 채널의 완전공핍이 가능한 선폭으로 구현이 용이하여 전송 게이트(208)의 게이트제어력을 향상시킬 수 있다. 아울러, 광전변환소자(203)와 채널막(211)이 접하는 콘택면적을 증가시켜 채널저항을 감소시킬 수 있다. 한편, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)의 측벽으로부터 이격되어 관통홀(207) 내부에 형성된 실링막(212) 및 관통홀(207)의 측벽 및 상면에 형성되어 역실린더 형태를 갖는 채널막(211)을 포함할 수도 있다. 즉, 채널막(211)에서 상대적으로 콘택면적이 넓은면이 플로팅디퓨전층(214)과 접하고, 상대적으로 콘택면적이 좁은면이 광전변환소자(203)에 접하는 형태를 가질 수도 있다. In addition, as shown in FIG. 5B , the channel structure 210 is formed on the sidewall and the bottom surface of the through hole 207 to fill the channel film 211 having a cylindrical shape and the remaining through holes 207 as a gap-filling sealing film. (212). The channel film 211 having a cylindrical shape can be easily implemented with a line width capable of completely depleting the channel in the OFF state, thereby improving the gate control power of the transfer gate 208 . In addition, the channel resistance can be reduced by increasing the contact area between the photoelectric conversion element 203 and the channel film 211 . On the other hand, the channel structure 210 is spaced apart from the sidewall of the through-hole 207 and is formed on the sidewall and upper surface of the sealing film 212 and the through-hole 207 formed inside the through-hole 207 to have an inverted cylinder shape. It may include a film 211 . That is, a surface of the channel film 211 having a relatively large contact area may be in contact with the floating diffusion layer 214 , and a surface having a relatively narrow contact area may be in contact with the photoelectric conversion element 203 .

또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 채널 구조물(210)은 관통홀(207)을 갭필하는 기둥 형태의 채널막(211)을 포함할 수 있다. 기둥 형태의 채널막(211)은 형성공정이 단순하고, 관통홀(207) 형성공정에 따라 오프 상태에서 채널의 완전공핍이 가능한 선폭을 구현할 수 있다. Also, as shown in FIG. 5C , the channel structure 210 may include a columnar channel layer 211 filling the through hole 207 . The column-shaped channel film 211 has a simple forming process, and according to the through-hole 207 forming process, a line width capable of completely depleting the channel in the OFF state can be realized.

상술한 채널 구조물(210)에서 채널막(211)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널막(211)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(211)은 불순물이 도핑되지 않은 언도프드(unoped) 폴리실리콘 또는 P형 불순물이 도핑된 P형 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 증강모드(enhancement mode)로 동작할 수 있다. 또한, 채널막(211)은 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수도 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 공핍모드(depletion mode)로 동작할 수 있고, 오프상태에서의 암전류 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 실링막(212)은 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실링막(212)은 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. In the above-described channel structure 210 , the channel layer 211 may include a silicon-containing material. For example, the channel layer 211 may include polysilicon. Specifically, the channel layer 211 may include undoped polysilicon undoped with impurities or P-type polysilicon doped with P-type impurities. In this case, the transfer transistor may operate in an enhancement mode. Also, the channel layer 211 may include polysilicon doped with N-type impurities. In this case, the transfer transistor may operate in a depletion mode, and a dark current characteristic in an off state may be improved. In addition, the sealing layer 212 may include an insulating material. For example, the sealing layer 212 may include any one selected from the group consisting of oxides, nitrides, and oxynitrides.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214)을 포함할 수 있다. 플로팅디퓨전층(214)은 입사광에 응답하여 광전변환소자(203)로부터 생성된 광전하가 저장되는 곳으로, 전송 게이트(208)를 관통하는 하나 이상의 채널 구조물(210) 모두와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 플로팅디퓨전층(214)은 하나 이상의 관통홀(207) 모두와 중첩될 수 있다. 플로팅디퓨전층(214)은 충분한 저장공간 즉, 충분한 캐패시턴스를 제공하기 위해 전송 게이트(208)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 이때, 플로팅디퓨전층(214)의 면적은 전송 게이트(208)의 면적보다 작을 수 있다. 이는, 전송 게이트(208)에 연결되는 제1콘택(C1)의 형성공간을 제공하기 위함이다. 플로팅디퓨전층(214)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다. 일례로, 플로팅디퓨전층(214)은 제2도전형의 불순물 즉, N형 불순물로 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. The image sensor according to the first embodiment may include a floating diffusion layer 214 formed on the transmission gate 208 . The floating diffusion layer 214 stores photocharges generated from the photoelectric conversion device 203 in response to incident light, and may be electrically connected to all of the one or more channel structures 210 passing through the transmission gate 208 . . That is, the floating diffusion layer 214 may overlap all of the one or more through holes 207 . The floating diffusion layer 214 may have a planar shape overlapping the transmission gate 208 to provide sufficient storage space, that is, sufficient capacitance. In this case, the area of the floating diffusion layer 214 may be smaller than the area of the transfer gate 208 . This is to provide a space for forming the first contact C1 connected to the transfer gate 208 . The floating diffusion layer 214 may include a semiconductor material including silicon or a metallic material. For example, the floating diffusion layer 214 may include polysilicon doped with an impurity of the second conductivity type, that is, an N-type impurity.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다. 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)과 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있고, 플로팅디퓨전층(214)보다 그 면적이 작을 수 있다. 캐패시터(217)는 두 전극 즉, 제1전극 및 제2전극(216) 사이에 유전막(215)이 삽입된 형태를 가질 수 있다. 이때, 두 전극 중 어느 하나의 전극 예컨대, 제1전극은 플로팅디퓨전층(214)을 포함할 수 있다. 따라서, 유전막(215) 및 제2전극(216)은 플로팅디퓨전층(214)보다 그 면적이 작을 수 있다. 이는, 플로팅디퓨전층(214)과 연결되는 제2콘택(C2)의 형성공간을 제공하기 위함이다. The image sensor according to the first embodiment may include a capacitor 217 formed on the floating diffusion layer 214 . The capacitor 217 may have a flat plate shape overlapping the floating diffusion layer 214 , and may have a smaller area than the floating diffusion layer 214 . The capacitor 217 may have a shape in which a dielectric layer 215 is inserted between two electrodes, that is, a first electrode and a second electrode 216 . In this case, one of the two electrodes, for example, the first electrode may include the floating diffusion layer 214 . Accordingly, the area of the dielectric layer 215 and the second electrode 216 may be smaller than that of the floating diffusion layer 214 . This is to provide a space for forming the second contact C2 connected to the floating diffusion layer 214 .

또한, 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)에 대한 캐패시턴스를 더욱더 증가시키는 역할을 수행한다. 아울러, 캐패시터(217)는 플로팅디퓨전층(214)에 대한 동작특성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 캐패시터(217)의 제2전극(216)에는 소정의 바이어스를 인가할 수 있는 제3콘택(C3)이 연결될 수 있다. 캐패시터(217)를 이용한 플로팅디퓨전층(214)의 특성 향상에 대한 일례로, 인티그레인션 타입(integration time) 이전 플로팅디퓨전층(214)을 리셋 할 때, 리셋 트랜지스터를 통해 입력된 초기전압에 대응하되는 전하들이 플로팅디퓨전층(214)에 충전되어야 한다. 여기서, 초기전압이 충분한 전류를 공급하지 못하거나, 또는 충분한 시간동안 초기전압이 플로팅디퓨전층(214)에 공급되지 못하는 경우 플로팅디퓨전층(214)이 완전히 리셋되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이때, 제3콘택(C3)을 통해 캐패시터(217)의 제2전극(216)에 소정의 초기화전압을 인가하여 플로팅디퓨전층(214)을 완전히 리셋시킬 수 있다. 초기화전압은 리셋 트랜지스터가 활성화된 후 전송 트랜지스터가 활성화되기 전에 인가할 수 있다. In addition, the capacitor 217 serves to further increase the capacitance of the floating diffusion layer 214 . In addition, the capacitor 217 may serve to improve the operating characteristics of the floating diffusion layer 214 . To this end, a third contact C3 capable of applying a predetermined bias may be connected to the second electrode 216 of the capacitor 217 . As an example of improving the characteristics of the floating diffusion layer 214 using the capacitor 217, when the floating diffusion layer 214 is reset before the integration time, it corresponds to the initial voltage input through the reset transistor. Charges to be charged must be charged in the floating diffusion layer 214 . Here, when the initial voltage does not supply a sufficient current or the initial voltage is not supplied to the floating diffusion layer 214 for a sufficient time, a situation in which the floating diffusion layer 214 is not completely reset may occur. In this case, a predetermined initialization voltage may be applied to the second electrode 216 of the capacitor 217 through the third contact C3 to completely reset the floating diffusion layer 214 . The initialization voltage may be applied after the reset transistor is activated and before the transfer transistor is activated.

제1실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 포함하는 구조물 전면을 덮는 층간절연막(209) 및 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220)을 포함할 수 있다. 층간절연막(209)은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 적층막일 수 있다. The image sensor according to the first embodiment includes an interlayer insulating film 209 covering the entire surface of a structure including a transfer gate 208 , a floating diffusion layer 214 , and a capacitor 217 , and a logic circuit layer formed on the interlayer insulating film 209 . (220). The interlayer insulating layer 209 may be a single layer selected from the group consisting of an oxide layer, a nitride layer, and an oxynitride layer, or a stack of two or more layers.

로직회로층(220)은 입사광에 응답하여 단위픽셀에서 생성된 픽셀 신호를 처리하는 신호처리회로를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 신호처리회로는 도 1에서 설명한 상관 이중 샘플링(120), 아날로그-디지털 컨버터(130), 버퍼(140), 로우 드라이버(150), 타이밍 제너레이터(160), 제어 레지스터(170), 램프 신호 제너레이터(180)등을 포함할 수 있다. 이를 구현하기 위해, 신호처리회로는 복수의 트랜지스터, 다층의 배선, 다층의 층간절연막(209) 및 이들 사이를 연결하는 복수의 플러그를 포함할 수 있다. 또한, 로직회로층(220)은 신호처리회로와 더불어서 이미지 프로세싱 등을 포함하는 AP(Application Processor)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 로직회로층(220)은 ISP(Image Signal Processing)를 포함할 수 있다. The logic circuit layer 220 may include a signal processing circuit for processing a pixel signal generated from a unit pixel in response to incident light. Although not shown in the drawing, the signal processing circuit includes the correlated double sampling 120 , the analog-to-digital converter 130 , the buffer 140 , the row driver 150 , the timing generator 160 , and the control register 170 described with reference to FIG. 1 . ), a ramp signal generator 180, and the like. To implement this, the signal processing circuit may include a plurality of transistors, multi-layered wiring, multi-layered insulating interlayer 209 , and a plurality of plugs connecting them. In addition, the logic circuit layer 220 may further include an application processor (AP) including image processing, etc. in addition to the signal processing circuit. For example, the logic circuit layer 220 may include image signal processing (ISP).

또한, 로직회로층(220)은 다른 기판(200)상에서 형성된 뒤 웨이퍼 본딩공정을 통해 층간절연막(209) 상부로 전달된 것일 수 있다. 따라서, 로직회로층(220)은 복수개의 층으로 구성될 수도 있으며, 웨이퍼 본딩공정을 통해 신호처리를 위한 로직회로들이 서로 적층된 스택 구조를 가짐으로써, 이미지 센서의 집적도를 현저하기 향상시킬 수 있다. Also, the logic circuit layer 220 may be formed on another substrate 200 and then transferred to the upper portion of the interlayer insulating layer 209 through a wafer bonding process. Accordingly, the logic circuit layer 220 may be composed of a plurality of layers, and by having a stack structure in which logic circuits for signal processing are stacked on each other through a wafer bonding process, the degree of integration of the image sensor can be significantly improved. .

상술한 제1실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 방지할 수 있다. The image sensor according to the above-described first embodiment can easily be highly integrated and can prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration.

이하에서는, 제1실시예에 따른 이미지 센서를 기반으로 일부 구성들이 변형된 다른 실시예들에 따른 이미지 센서를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 참고로, 설명의 편의를 위해 도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이고, 도 3과 동일한 도면부호를 사용하기로 한다. Hereinafter, an image sensor according to other exemplary embodiments in which some components are modified based on the image sensor according to the first exemplary embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 . For reference, for convenience of explanation, FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views taken along line A-A' shown in FIG. 2 , and the same reference numerals as those of FIG. 3 will be used.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a second embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6 , the image sensor according to the second embodiment includes a photoelectric conversion element 203 formed on a substrate 200 , and one or more through-holes 207 formed on the photoelectric conversion element 203 and penetrating therethrough. ), a floating diffusion layer 214 formed on the transfer gate 208, and one or more through-holes 207 respectively gap-filled and in response to the transfer gate 208, the photoelectric conversion element 203 and A channel structure 210 electrically connecting the floating diffusion layers 214 to each other and a capacitor 217 formed on the floating diffusion layer 214 may be included.

또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다. In addition, the interlayer insulating film 209 formed on the substrate 200 and covering the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214 and the capacitor 217, the logic circuit layer 220 formed on the interlayer insulating film 209, and It may include contacts C1, C2, and C3 that pass through the interlayer insulating layer 209 and electrically connect the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214, and the capacitor 217 to the logic circuit layer 220, respectively. can In addition, the color filter layer 218 and the light collecting member 219 formed on the color filter layer 218 opposite to the transfer gate 208 and formed on the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 203 are formed. may include

제2실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(208)는 게이트절연막(206) 및 게이트절연막(206)에 의해 밀봉된 형태를 갖는 게이트전극(205)을 포함할 수 있고, 게이트절연막(206)은 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1게이트절연막(206A) 내지 제3게이트절연막(206C)은 각각의 두께가 서로 상이할 수 있고, 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. In the image sensor according to the second embodiment, the transfer gate 208 may include a gate insulating layer 206 and a gate electrode 205 sealed by the gate insulating layer 206 , and the gate insulating layer 206 may include: A first gate insulating layer 206A to a third gate insulating layer 206C may be included. Here, the first gate insulating layer 206A to the third gate insulating layer 206C may have different thicknesses and may include different materials.

구체적으로, 제3게이트절연막(206C)의 두께보다 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)의 두께가 더 클 수 있다. 이는, 게이트전극(205)과 인접한 구조물들 사이의 전기적 절연특성을 향상시키기 위함이다. 제3게이트절연막(206C)은 게이트전극(205)과 채널 구조물(210) 사이에 위치하기 때문에 일정 수준의 두께를 유지해야한다. 그러나, 광전변환소자(203)와 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제1게이트절연막(206A) 및 플로팅디퓨전층(214)과 게이트전극(205) 사이에 위치하는 제2게이트절연막(206B)은 두께가 증가할수록 이들 사이의 전기적 절연특성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)의 두께가 증가할수록 이들 사이의 기생캐패시턴스를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 신호대잡음비 특성을 향상시킬 수 있다. Specifically, the thickness of the first gate insulating layer 206A and the second gate insulating layer 206B may be greater than the thickness of the third gate insulating layer 206C. This is to improve electrical insulation properties between the gate electrode 205 and adjacent structures. Since the third gate insulating layer 206C is positioned between the gate electrode 205 and the channel structure 210 , a thickness of the third gate insulating layer 206C must be maintained. However, the first gate insulating film 206A positioned between the photoelectric conversion element 203 and the gate electrode 205 and the second gate insulating film 206B positioned between the floating diffusion layer 214 and the gate electrode 205 are As the thickness increases, the electrical insulation properties between them can be improved. For example, as the thickness of the first gate insulating layer 206A and the second gate insulating layer 206B increases, the parasitic capacitance therebetween can be reduced, thereby improving the signal-to-noise ratio characteristic.

아울러, 전기적 절연특성을 더욱더 향상시키기 위해 제1게이트절연막(206A) 및 제2게이트절연막(206B)은 저유전물질(low-K materials)을 포함할 수 있고, 채널 구조물(210)과 접하는 제3게이트절연막(206C)은 고유전물질을 포함할 수 있다.In addition, in order to further improve the electrical insulation characteristics, the first gate insulating layer 206A and the second gate insulating layer 206B may include a low-K material, and the third gate insulating layer 206A in contact with the channel structure 210 may be included. The gate insulating layer 206C may include a high-k material.

제2실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 제2실시예에 따른 이미지 센서의 게이트절연막(206)은 다른 실시예들에도 적용할 수 있다. The image sensor according to the second embodiment can easily be highly integrated and can more effectively prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration. Meanwhile, the gate insulating film 206 of the image sensor according to the second embodiment may be applied to other embodiments.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다. 7 is a cross-sectional view illustrating an image sensor according to a third embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 이미지 센서는 기판(200)에 형성된 광전변환소자(203), 광전변환소자(203) 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀(207)을 갖는 전송 게이트(208), 전송 게이트(208) 상에 형성된 플로팅디퓨전층(214), 하나 이상의 관통홀(207) 각각에 갭필되고 전송 게이트(208)에 응답하여 광전변환소자(203)와 플로팅디퓨전층(214) 사이를 전기적으로 연결하는 채널 구조물(210) 및 플로팅디퓨전층(214) 상에 형성된 캐패시터(217)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 7 , the image sensor according to the third embodiment includes a photoelectric conversion element 203 formed on a substrate 200 , and one or more through-holes 207 formed on the photoelectric conversion element 203 and passing therethrough. ), a floating diffusion layer 214 formed on the transfer gate 208, and one or more through-holes 207 respectively gap-filled and in response to the transfer gate 208, the photoelectric conversion element 203 and A channel structure 210 electrically connecting the floating diffusion layers 214 to each other and a capacitor 217 formed on the floating diffusion layer 214 may be included.

또한, 기판(200) 상에 형성되어 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217)를 덮는 층간절연막(209), 층간절연막(209) 상에 형성된 로직회로층(220) 및 층간절연막(209)을 관통하여 전송 게이트(208), 플로팅디퓨전층(214) 및 캐패시터(217) 각각과 로직회로층(220)을 전기적으로 연결하는 콘택들(C1, C2, C3)을 포함할 수 있다. 아울러, 전송 게이트(208)와 대향하고, 광전변환소자(203)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(218) 및 컬러필터층(218) 상에 형성된 집광부재(219)를 포함할 수 있다.In addition, the interlayer insulating film 209 formed on the substrate 200 and covering the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214 and the capacitor 217, the logic circuit layer 220 formed on the interlayer insulating film 209, and It may include contacts C1, C2, and C3 that pass through the interlayer insulating layer 209 and electrically connect the transfer gate 208, the floating diffusion layer 214, and the capacitor 217 to the logic circuit layer 220, respectively. can In addition, the color filter layer 218 and the light collecting member 219 formed on the color filter layer 218 opposite to the transfer gate 208 and formed on the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 203 are formed. may include

광전변환소자(203)는 제1불순물영역(201) 및 제2불순물영역(202)을 포함할 수 있다. 제1불순물영역(201)은 제2불순물영역(202)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있고, 제2불순물영역(202)의 일부가 제1불순물영역(201)을 관통하여 채널 구조물(210)에 접하는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 제3실시예 따른 이미지 센서의 광전변환소자(203)는 기판(200)에 형성되고 제1불순물영역(201)과 동일한 도전형을 가지면 제2불순물영역(202)과 채널 구조물 사이에 삽입된 제3불순물영역(204)을 더 포함할 수 있다. The photoelectric conversion device 203 may include a first impurity region 201 and a second impurity region 202 . The first impurity region 201 may have a shape surrounding the second impurity region 202 , and a portion of the second impurity region 202 passes through the first impurity region 201 to enter the channel structure 210 . It may have a contiguous form. Here, when the photoelectric conversion element 203 of the image sensor according to the third embodiment is formed on the substrate 200 and has the same conductivity type as that of the first impurity region 201, it is inserted between the second impurity region 202 and the channel structure. A third impurity region 204 may be further included.

구체적으로, 제3불순물영역(204)은 채널 구조물과 접하는 기판(200)의 표면에 형성되어 암전류(dark current) 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 여기서, 기판(200)의 입사면(S1) 및 대향면(S2)에 접하도록 형성된 제1불순물영역(201)도 암전류 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 이때, 제2불순물영역(202)과 상보적인 도전형을 갖기 때문에 광전변환소자(203)와 채널 구조물(210) 사이의 전하이동을 위해 제3불순물영역(204)은 기판(200)의 대향면(S2)에 접하는 제1불순물영역(201)의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 일례로, 제3불순물영역(204)은 50nm 이하의 두께를 가질 수 있다. Specifically, the third impurity region 204 is formed on the surface of the substrate 200 in contact with the channel structure to suppress the generation of a dark current. Here, the first impurity region 201 formed to be in contact with the incident surface S1 and the opposite surface S2 of the substrate 200 also serves to suppress the generation of a dark current. At this time, since the second impurity region 202 has a complementary conductivity type, the third impurity region 204 is the opposite surface of the substrate 200 for charge transfer between the photoelectric conversion device 203 and the channel structure 210 . It is preferable that the thickness of the first impurity region 201 in contact with S2 is thinner than that of the first impurity region 201 . For example, the third impurity region 204 may have a thickness of 50 nm or less.

제3실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 제3실시예에 따른 이미지 센서의 광전변환소자(203)는 다른 실시예들에도 적용할 수 있다. The image sensor according to the third embodiment can be easily integrated with high integration and can more effectively prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration. Meanwhile, the photoelectric conversion element 203 of the image sensor according to the third embodiment may be applied to other embodiments.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서를 도 8에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 그리고, 도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 이미지 센서의 변형예를 도시한 평면도이다. 8 is a plan view illustrating an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the image sensor according to the fourth embodiment of the present invention taken along line A-A' shown in FIG. to be. 10 is a plan view illustrating a modified example of the image sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제4실시예에 따른 이미지 센서는 기판(300)에 형성된 광전변환소자(303), 광전변환소자(303) 상에 형성된 하나 이상의 필라(310), 광전변환소자(303)와 접하도록 필라(310)의 표면상에 형성된 채널막(320) 및 채널막(320) 상에 형성되어 필라(310)의 측면을 둘러싸는 전송 게이트(330)를 포함할 수 있다. 8 and 9 , the image sensor according to the fourth embodiment includes a photoelectric conversion element 303 formed on a substrate 300 , one or more pillars 310 formed on the photoelectric conversion element 303 , and photoelectric conversion elements. It may include a channel film 320 formed on the surface of the pillar 310 so as to be in contact with the conversion element 303 and a transfer gate 330 formed on the channel film 320 and surrounding the side surface of the pillar 310 . have.

제4실시예에 따른 이미지 센서에서 기판(300)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 기판(300)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 그리고, 기판(300)은 씨닝공정(thinning process)을 통해 박막화된 것일 수 있다. 예를 들어, 기판(300)은 씨닝공정을 통해 박막화된 벌크 실리콘 기판일 수 있다. In the image sensor according to the fourth embodiment, the substrate 300 may include a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be in a single crystal state and may include a silicon-containing material. That is, the substrate 300 may include a single-crystal silicon-containing material. Also, the substrate 300 may be thinned through a thinning process. For example, the substrate 300 may be a bulk silicon substrate thinned through a thinning process.

광전변환소자(303)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광전변환소자(303)는 제1불순물영역(301) 및 제1불순물영역(301)과 상보적인 도전형을 갖는 제2불순물영역(302)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1불순물영역(301)은 P형일 수 있고, 제2불순물영역(302)은 N형일 수 있다. 제2불순물영역(302)은 제1불순물영역(301) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 제1불순물영역(301)은 제2불순물영역(302)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 제1불순물영역(301)은 입사면(S1) 및 대향면(S2)에 각각 접할 수 있으며, 기판(300) 표면에서의 암전류 발생을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1불순물영역(301)은 접합절연(junction isolation)을 통해 인접한 픽셀 사이를 분리하는 역할도 수행할 수 있다. 수직방향으로 제2불순물영역(302)은 균일한 도핑 프로파일을 갖거나, 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 가질 수 있다. 후자의 경우, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하를 보다 효과적으로 전송 게이트(330)로 이동시킬 수 있다. 여기서, 전하이동방향은 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)에서 전송 게이트(330)를 바라보는 방향일 수 있다(S1 -> S2). The photoelectric conversion element 303 may include a photodiode. Specifically, the photoelectric conversion device 303 may include a first impurity region 301 and a second impurity region 302 having a conductivity type complementary to that of the first impurity region 301 . For example, the first impurity region 301 may be P-type, and the second impurity region 302 may be N-type. The second impurity region 302 may be formed in the first impurity region 301 . Accordingly, the first impurity region 301 may have a shape surrounding the second impurity region 302 . The first impurity region 301 may be in contact with the incident surface S1 and the opposite surface S2 , respectively, and may serve to prevent a dark current from occurring on the surface of the substrate 300 . Also, the first impurity region 301 may serve to separate adjacent pixels through junction isolation. The second impurity region 302 may have a uniform doping profile in the vertical direction or a profile in which the impurity doping concentration gradually increases along the charge transfer direction. In the latter case, photocharges generated in the photoelectric conversion element 303 may be more effectively transferred to the transfer gate 330 . Here, the charge transfer direction may be a direction facing the transfer gate 330 from the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 303 (S1 -> S2).

제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303) 상에 형성된 하나 이상의 필라(310)를 포함할 수 있다. 필라(310)는 전송 트랜지스터가 요구하는 채널길이를 제공하기 위한 것으로, 필라(310)의 높이에 따라 전송 트랜지스터의 채널길이를 조절할 수 있다. 필라(310)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다. 필라(310)는 버티컬한 측벽을 갖거나, 또는 경사진 측벽을 가질 수 있다. 경사진 측벽을 갖는 필라(310)는 각뿔대(frustum of pyramid) 형상일 수 있다. 또한, 필라(310)의 측벽은 요철 구조를 가질 수도 있다. 필라(310)는 절연물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 필라(310)는 산화물, 질화물 및 산질화물으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.The image sensor according to the fourth embodiment may include one or more pillars 310 formed on the photoelectric conversion element 303 . The pillar 310 is to provide a channel length required by the transfer transistor, and the channel length of the transfer transistor may be adjusted according to the height of the pillar 310 . The planar shape of the pillar 310 may be a polygonal shape of a triangle or more, a circular shape, or an elliptical shape. The pillars 310 may have vertical sidewalls or may have inclined sidewalls. The pillar 310 having an inclined sidewall may have a frustum of pyramid shape. In addition, the sidewall of the pillar 310 may have a concave-convex structure. The pillar 310 may include an insulating material. For example, the pillars 310 may include one or two or more selected from the group consisting of oxides, nitrides, and oxynitrides.

도 8에 도시된 바와 같이, 단위픽셀은 하나의 필라(310)를 포함할 수 있으며, 이 경우 필라(310)는 광전변환소자(303)의 중심부에 위치할 수 있다. 이는, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하를 효율적으로 채널막(320)에 전송하기 위함이다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 전송 트랜지스터에 플로팅디퓨전(FD)을 포함한 구조물 복수개가 전기적으로 연결되는 경우 단위픽셀은 복수의 필라(310)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 복수의 필라(310)는 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수의 필라(310) 각각의 형상은 서로 동일하거나, 또는 서로 상이할 수 있다. As shown in FIG. 8 , a unit pixel may include one pillar 310 , and in this case, the pillar 310 may be located at the center of the photoelectric conversion element 303 . This is to efficiently transfer the photocharges generated by the photoelectric conversion device 303 to the channel layer 320 . Also, as shown in FIG. 10 , when a plurality of structures including a floating diffusion FD are electrically connected to one transfer transistor, a unit pixel may include a plurality of pillars 310 . In this case, the plurality of pillars 310 may be arranged in a matrix form. The shape of each of the plurality of pillars 310 may be the same or different from each other.

제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303) 상에 형성되고 필라(310)의 측벽을 둘러싸는 전송 게이트(330)를 포함할 수 있다. 전송 게이트(330)가 필라(310)의 측벽을 둘러싸는 형태를 갖기 때문에 수직 채널을 구현할 수 있다. 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)와 중첩되는 평판 형태를 가질 수 있다. 따라서, 전송 게이트(330)는 단위픽셀에 대응하도록 형성된 평판 형태일 수 있다. 이처럼, 광전변환소자(303)와 전송 게이트(330)가 수직방향으로 적층된 형태를 갖기 때문에 집적도를 향상시킬 수 있다. 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1)의 대향면(S2) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 전송 게이트(330)는 광전변환소자(303)에 대한 후면 반사층으로 작용할 수도 있다. 이 경우, 광전변환소자(303)의 양자효율을 증대시킬 수 있다.The image sensor according to the fourth embodiment may include a transmission gate 330 formed on the photoelectric conversion element 303 and surrounding the sidewall of the pillar 310 . Since the transfer gate 330 has a shape surrounding the sidewall of the pillar 310 , a vertical channel may be implemented. The transmission gate 330 may have a flat plate shape overlapping the photoelectric conversion element 303 . Accordingly, the transfer gate 330 may be in the form of a flat plate formed to correspond to a unit pixel. As such, since the photoelectric conversion element 303 and the transfer gate 330 are vertically stacked, the degree of integration can be improved. The transfer gate 330 may be formed on the opposite surface S2 of the incident surface S1 through which the incident light is introduced into the photoelectric conversion element 303 . Accordingly, the transfer gate 330 may act as a back reflection layer for the photoelectric conversion element 303 . In this case, the quantum efficiency of the photoelectric conversion element 303 can be increased.

전송 게이트(330)는 필라(310)의 측벽을 둘러싸고, 일부가 필라(310)의 상부면으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 즉, 전송 게이트(330)는 필라(310)의 상부면을 일부 노출시키는 오픈부(333)를 포함할 수 있다. 오픈부(333)는 필라(310)의 상부면 상에 형성된 채널막(320)과 플로팅디퓨전(FD)을 포함한 구조물들 사이의 콘택을 위한 것이다. 따라서, 도 10과 같이 복수의 필라(310)를 구비하는 경우에 전송 게이트(330)는 복수의 필라(310) 각각에 대응하는 복수의 오픈부(333)를 포함할 수 있다. 오픈부(333)의 평면 형상은 필라(310)의 평면 형상과 동일할 수 있다. 즉, 오픈부(333)의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형일 수 있다.The transfer gate 330 surrounds a sidewall of the pillar 310 , and a portion thereof may have a shape extending to an upper surface of the pillar 310 . That is, the transfer gate 330 may include an open portion 333 partially exposing the upper surface of the pillar 310 . The open part 333 is for contact between the channel layer 320 formed on the upper surface of the pillar 310 and the structures including the floating diffusion FD. Accordingly, when the plurality of pillars 310 are provided as shown in FIG. 10 , the transfer gate 330 may include a plurality of open portions 333 corresponding to each of the plurality of pillars 310 . The planar shape of the open part 333 may be the same as that of the pillar 310 . That is, the planar shape of the open portion 333 may be a polygon, a circle, or an oval of a triangle or more.

전송 게이트(330)는 게이트절연막(331) 및 게이트절연막(331) 상의 게이트전극(332)을 포함할 수 있다. 게이트절연막(331)은 균일한 두께를 가질 수 있으며, 절연물질을 포함할 수 있다. 특히, 게이트절연막(331)은 절연특성을 갖는 고유전물질(high-K materials)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트절연막(331)은 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 게이트전극(332)은 실리콘을 포함하는 반도체물질 또는 금속성물질을 포함할 수 있다. The transfer gate 330 may include a gate insulating layer 331 and a gate electrode 332 on the gate insulating layer 331 . The gate insulating layer 331 may have a uniform thickness and may include an insulating material. In particular, the gate insulating layer 331 may include high-k materials having insulating properties. For example, the gate insulating layer 331 may include any one or two or more selected from the group consisting of an oxide, a nitride, and an oxynitride. The gate electrode 332 may include a semiconductor material including silicon or a metallic material.

제4실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자(303)와 전기적으로 연결되고 노출된 필라(310)의 표면상에 형성된 채널막(320)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(320)은 역실린더 형태를 가질 수 있고, 광전변환소자(303)와 채널막(320) 사이의 콘택면적을 증가시키기위해 광전변환소자(303)에 접하는 채널막(320)의 끝단이 기판(300)상으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 기판(300)상으로 확장된 채널막(320)은 광전변환소자(303)와 전송 게이트(330) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 채널막(320)은 단위픽셀에서 필라(310)를 포함한 기판(300)의 대향면(S2) 전체를 덮는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 채널막(320)은 광전변환소자(303) 전체와 중첩될 수 있다. 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)에만 접하는 형태를 가질 수 있다. 따라서, 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제2불순물영역(302)에는 접하지 않는다. 채널막(320)과 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)은 서로 상보적인 도전형을 갖기 때문에 광전변환소자(303)에서 채널막(320)으로의 전하 이동이 용이하도록 제1불순물영역(301)에서 채널막에 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있다. 채널막(320)은 실리콘 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널막(320)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 채널막(320)은 불순물이 도핑되지 않은 언도프드(unoped) 폴리실리콘 또는 P형 불순물이 도핑된 P형 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 증강모드(enhancement mode)로 동작할 수 있다. The image sensor according to the fourth embodiment may include a channel film 320 electrically connected to the photoelectric conversion element 303 and formed on the exposed surface of the pillar 310 . Specifically, the channel film 320 may have an inverted cylinder shape, and the channel film 320 in contact with the photoelectric conversion element 303 in order to increase a contact area between the photoelectric conversion element 303 and the channel film 320 . may have an extended end on the substrate 300 . The channel layer 320 extending onto the substrate 300 may be positioned between the photoelectric conversion device 303 and the transfer gate 330 . That is, the channel layer 320 may have a shape that covers the entire opposite surface S2 of the substrate 300 including the pillars 310 in the unit pixel. Accordingly, the channel layer 320 may overlap the entire photoelectric conversion device 303 . The channel layer 320 may have a shape in contact with only the first impurity region 301 of the photoelectric conversion device 303 . Accordingly, the channel film 320 does not contact the second impurity region 302 of the photoelectric conversion element 303 . Since the channel film 320 and the first impurity region 301 of the photoelectric conversion element 303 have complementary conductivity types, the first impurity region 301 of the photoelectric conversion element 303 to the channel film 320 facilitates charge transfer. A portion of the impurity region 301 in contact with the channel layer may have a relatively thin thickness. The channel layer 320 may include a silicon-containing material. For example, the channel layer 320 may include polysilicon. Specifically, the channel layer 320 may include undoped polysilicon undoped with impurities or P-type polysilicon doped with P-type impurities. In this case, the transfer transistor may operate in an enhancement mode.

제4실시예에 따른 이미지 센서에서 채널막(320)은 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 전송 트랜지스터는 공핍 모드(depletion mode)로 동작할 수 있고, 오프상태에서의 암전류 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 채널막(320)은 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)과 상보적인 도전형을 가질 수 있고, 평형상태에서 채널막(320)과 제1불순물영역(301)은 접합절연될 수 있다. In the image sensor according to the fourth embodiment, the channel layer 320 may include polysilicon doped with N-type impurities. In this case, the transfer transistor may operate in a depletion mode, and a dark current characteristic in an off state may be improved. In addition, the channel film 320 may have a conductivity type complementary to that of the first impurity region 301 of the photoelectric conversion device 303 , and the channel film 320 and the first impurity region 301 are junctions in an equilibrium state. can be insulated.

구체적으로, 폴리실리콘은 다수의 트랩사이트(trap site)를 갖는 물질로서, 채널막(320)으로 폴리실리콘을 적용할 경우 트랩사이트가 암전류 생성 소스로 작용할 수 있다. 암전류 특성을 개선하기 위한 측면에서는 채널막(320)으로 언도프드 폴리실리콘을 적용하는 경우보다 채널막(320)으로 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 적용하는 것이 바람직하다. 이는, 폴리실리콘의 트랩사이트를 도핑된 불순물을 이용하여 제거할 수 있기 때문이다. 이때, 불순물의 도핑농도가 증가할수록 더 많은 트랩사이트를 제거할 수 있으며, 암전류 특성을 보다 효과적으로 개선할 수 있다. 그러나, 채널막(320)으로 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 적용하는 경우 불순물의 도핑농도가 증가할수록 전송 트랜지스터의 문턱전압도 함께 증가하여 게이트제어력이 저하될 수 있다. Specifically, polysilicon is a material having a plurality of trap sites, and when polysilicon is applied to the channel layer 320 , the trap sites may act as a dark current generation source. In terms of improving dark current characteristics, it is preferable to use doped polysilicon doped with impurities as the channel layer 320 rather than using undoped polysilicon as the channel layer 320 . This is because the polysilicon trap site can be removed using doped impurities. In this case, as the doping concentration of the impurity increases, more trap sites may be removed, and the dark current characteristic may be more effectively improved. However, when polysilicon doped with a P-type impurity is used as the channel layer 320 , as the doping concentration of the impurity increases, the threshold voltage of the transfer transistor also increases, thereby reducing the gate control power.

제4실시예와 같이 채널막(320)으로 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 적용하여 전송 트랜지스터를 공핍 모드(depletion mode)로 동작시킬 경우, 전송 게이트(330) 오프상태 즉, 입사광에 응답하여 광전변환소자(303)에서 광전하가 생성되는 인티그레이션 타임(ntegration time) 동안에 채널막(320)에서 발생되는 암전류는 플로팅디퓨전(FD)으로 빼낼 수 있다. 이때, 광전변환소자(303)에서 생성된 광전하는 채널막(320)과 상보적인 도전형을 갖는 광전변환소자(303)의 제1불순물영역(301)으로 인해 채널막(320)으로 빠져나가지 못하고 광전변환소자(303) 내부에 축적된다. 반면, 전송 게이트(330) 온 상태에서는 채널막(320)의 전계가 광전변환소자(303)로 확장되어 채널막(320)과 광전변환소자(303)가 전기적으로 연결된다. 이때부터는 광전변환소자(303) 내부에 축적된 광전하가 채널막(320)을 통해 플로팅디퓨전(FD)로 전달될 수 있다. As in the fourth embodiment, when polysilicon doped with an N-type impurity is applied to the channel film 320 to operate the transfer transistor in a depletion mode, the transfer gate 330 is in an off state, that is, in response to incident light. A dark current generated in the channel layer 320 during an integration time in which photocharges are generated in the photoelectric conversion device 303 may be extracted by the floating diffusion FD. At this time, the photocharge generated by the photoelectric conversion element 303 cannot escape into the channel film 320 due to the first impurity region 301 of the photoelectric conversion element 303 having a conductivity type complementary to that of the channel film 320 . It is accumulated inside the photoelectric conversion element 303 . On the other hand, when the transfer gate 330 is on, the electric field of the channel film 320 is extended to the photoelectric conversion element 303 so that the channel film 320 and the photoelectric conversion element 303 are electrically connected. From this point on, the photocharges accumulated in the photoelectric conversion element 303 may be transferred to the floating diffusion FD through the channel layer 320 .

제4실시예에 따른 이미지 센서는 전송 게이트(330)와 대향하고, 광전변환소자(303)로 입사광이 유입되는 입사면(S1) 상에 형성된 컬러필터층(340) 및 컬러필터층(340) 상에 형성된 집광부재(350)를 포함할 수 있다. 컬러필터층(340)은 색분리(color seperation)를 위한 것으로, 레드 필터(red filter), 그린 필터(green filter), 블루 필터(blue filter), 사이언 필터(cyan filter), 옐로우 필터(yellow filter), 마젠타 필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter) 등을 포함할 수 있다. 집광부재(350)는 디지털 렌즈(digital lens) 또는 반구형 렌즈(hemispherical lens)를 포함할 수 있다. The image sensor according to the fourth embodiment faces the transmission gate 330 and is formed on the color filter layer 340 and the color filter layer 340 formed on the incident surface S1 through which the incident light to the photoelectric conversion element 303 is introduced. It may include the formed light collecting member 350 . The color filter layer 340 is for color separation, and includes a red filter, a green filter, a blue filter, a cyan filter, and a yellow filter. , a magenta filter, a white filter, a black filter, an infrared cutoff filter, and the like. The light collecting member 350 may include a digital lens or a hemispherical lens.

제4실시예에 따른 이미지 센서는 고집적화가 용이하고, 집적도 증가에 기인한 특성 열화를 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 암전류 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. 한편, 제4실시예에 따른 이미지 센서의 채널막(320)은 다른 실시예들에도 적용할 수 있다. The image sensor according to the fourth embodiment can be easily integrated into high integration and can more effectively prevent deterioration of characteristics due to an increase in the degree of integration. In particular, it is possible to effectively improve the dark current characteristics. Meanwhile, the channel film 320 of the image sensor according to the fourth embodiment may be applied to other embodiments.

상술한 실시예에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 11을 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다. The image sensor according to the above-described embodiment may be used in various electronic devices or systems. Hereinafter, a case in which an image sensor according to an embodiment of the present invention is applied to a camera will be described with reference to FIG. 11 .

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다. 11 is a diagram schematically illustrating an electronic device having an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(410, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(411), 이미지 센서(400) 및 셔터 유닛(411)을 제어/구동하는 구동부(413) 및 신호 처리부(412)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , an electronic device having an image sensor according to an embodiment may be a camera capable of capturing a still image or a moving picture. The electronic device may include a driving unit 413 and a signal processing unit 412 for controlling/driving the optical system 410 , or an optical lens, a shutter unit 411 , an image sensor 400 and the shutter unit 411 . have.

광학 시스템(410)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(400)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(410)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(411)은 이미지 센서(400)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(413)는 이미지 센서(400)의 전송 동작과 셔터 유닛(411)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(412)는 이미지 센서(400)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.The optical system 410 guides image light (incident light) from the subject to the pixel array of the image sensor 400 (refer to reference numeral '100' in FIG. 1 ). The optical system 410 may include a plurality of optical lenses. The shutter unit 411 controls a light irradiation period and a shielding period for the image sensor 400 . The driving unit 413 controls a transmission operation of the image sensor 400 and a shutter operation of the shutter unit 411 . The signal processing unit 412 performs various types of signal processing on the signal output from the image sensor 400 . The image signal Dout after signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor or the like.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically described according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for explanation and not for limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.

301 : 제1불순물영역 302 : 제2불순물영역
303 : 광전변환소자 310 : 필라
320 : 채널막 330 : 전송 게이트
331 : 게이트절연막 332 : 게이트전극
333 : 오픈부 330 : 컬러필터층
340 : 집광부재301: first impurity region 302: second impurity region
303: photoelectric conversion element 310: pillar
320: channel film 330: transfer gate
331: gate insulating film 332: gate electrode
333: open part 330: color filter layer
340: light collecting member

Claims (20)

기판 표면에 접하도록 형성된 제1불순물영역 및 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역 아래 기판에 형성된 제2불순물영역을 포함하는 광전변환소자;
상기 광전변환소자 상에 형성된 하나 이상의 필라;
상기 광전변환소자에 접하도록 상기 필라의 표면상에 형성된 채널막; 및
상기 채널막 상에 형성되어 적어도 상기 필라의 측면을 둘러싸는 전송 게이트를 포함하고,
상기 제1불순물영역과 접하는 상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1불순물영역과 상보적인 도전형을 갖고,
상기 제2불순물영역은 상기 제1불순물영역 내에 형성되어 상기 제1불순물영역이 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖는 이미지 센서.
a photoelectric conversion element including a first impurity region formed in contact with a surface of a substrate and a second impurity region having a conductivity type complementary to the first impurity region and formed in the substrate below the first impurity region;
one or more pillars formed on the photoelectric conversion element;
a channel film formed on the surface of the pillar so as to be in contact with the photoelectric conversion element; and
a transfer gate formed on the channel layer and surrounding at least a side surface of the pillar;
the channel layer in contact with the first impurity region has the same conductivity type as the second impurity region and has a conductivity type complementary to that of the first impurity region;
The second impurity region is formed in the first impurity region so that the first impurity region surrounds the second impurity region.
 ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 2 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 전송 게이트와 대향하고, 상기 광전변환소자로 입사광이 유입되는 입사면 상에 형성된 컬러필터층; 및
상기 컬러필터층 상에 형성된 집광부재
를 더 포함하는 이미지 센서.
According to claim 1,
a color filter layer facing the transfer gate and formed on an incident surface through which incident light is introduced into the photoelectric conversion element; and
A light collecting member formed on the color filter layer
An image sensor further comprising a.
 삭제delete ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 4 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 제1불순물영역에서 상기 채널막과 접하는 부분은 상대적으로 얇은 두께를 갖는 이미지 센서.
According to claim 1,
A portion of the first impurity region in contact with the channel layer has a relatively thin thickness.
 ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 5 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 제2불순물영역은 전하이동방향에 따라 점차 불순물의 도핑농도가 증가하는 프로파일을 갖는 이미지 센서.
According to claim 1,
The second impurity region has a profile in which the doping concentration of the impurity gradually increases according to the charge transfer direction.
 ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 6 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 필라의 평면 형상은 삼각형 이상의 다각형, 원형 또는 타원형을 갖는 이미지 센서.
According to claim 1,
The image sensor having a planar shape of the pillar is a polygon, a circle, or an ellipse or more.
 ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 7 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 필라는 버티컬한 측벽, 경사진 측벽 또는 측벽이 요철 구조를 갖는 이미지 센서.
According to claim 1,
The pillar is an image sensor having a vertical sidewall, an inclined sidewall, or a concave-convex structure on the sidewall.
 ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 8 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 필라는 절연물질을 포함하는 이미지 센서.
According to claim 1,
The pillar is an image sensor including an insulating material.
 ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 9 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 채널막은 상기 광전변환소자 전체와 중첩되는 이미지 센서.
According to claim 1,
The channel film is an image sensor overlapping the entire photoelectric conversion element.
 ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 10 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 채널막은 불순물이 도핑된 도프드 폴리실리콘을 포함하는 이미지 센서.
According to claim 1,
and the channel layer includes doped polysilicon doped with impurities.
 ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 11 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제1항에 있어서,
상기 전송 게이트는 상기 필라 상부면 상에 형성된 상기 채널막을 노출시키는 오픈부를 포함하는 이미지 센서. According to claim 1,
and the transfer gate includes an open part exposing the channel layer formed on the upper surface of the pillar. 기판에 형성된 광전변환소자;
상기 광전변환소자 상에 형성되고 자신을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 갖는 전송 게이트;
상기 전송 게이트 상에 형성된 플로팅디퓨전층; 및
상기 하나 이상의 관통홀 각각에 갭필되고 상기 전송 게이트에 인가되는 신호에 응답하여 상기 광전변환소자와 상기 플로팅디퓨전층 사이를 전기적으로 연결하며, 공핍 모드로 동작하는 채널막; 및
상기 플로팅디퓨전층 상에 형성된 캐패시터를 포함하며,
상기 광전변환소자는 상기 기판 내에 형성된 제1불순물영역 및 제2불순물영역을 포함하며,상기 제1불순물영역은 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖는 이미지 센서.
a photoelectric conversion element formed on the substrate;
a transmission gate formed on the photoelectric conversion element and having one or more through-holes passing therethrough;
a floating diffusion layer formed on the transfer gate; and
a channel film gap-filled in each of the one or more through-holes, electrically connecting the photoelectric conversion element and the floating diffusion layer in response to a signal applied to the transfer gate, and operating in a depletion mode; and
a capacitor formed on the floating diffusion layer;
The photoelectric conversion element includes a first impurity region and a second impurity region formed in the substrate, and the first impurity region surrounds the second impurity region.
 ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 13 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제12항에 있어서,
상기 기판 상에 형성되어 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터를 덮는 층간절연막;
상기 층간절연막 상에 형성된 로직회로층; 및
상기 층간절연막을 관통하여 상기 전송 게이트, 상기 플로팅디퓨전층 및 상기 캐패시터 각각과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 콘택들
을 더 포함하는 이미지 센서.
13. The method of claim 12,
an interlayer insulating layer formed on the substrate and covering the transfer gate, the floating diffusion layer, and the capacitor;
a logic circuit layer formed on the interlayer insulating film; and
Contacts passing through the interlayer insulating layer and electrically connecting each of the transfer gate, the floating diffusion layer, and the capacitor to the logic circuit layer
An image sensor further comprising a.
 ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 14 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제12항에 있어서,
상기 광전변환소자는,
상기 기판에 형성된 제1, 제2 및 제3불순물영역을 포함하고,
상기 제1 및 제3불순물영역은 동일한 도전형은 갖고, 상기 제2불순물영역은 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 가지며,
상기 제1불순물영역은 상기 제2불순물영역을 둘러싸는 형태를 갖고, 상기 제2불순물영역 일부가 상기 제1불순물영역을 관통하여 상기 채널막에 접하는 형태를 가지며, 상기 제3불순물영역은 상기 채널막과 상기 제2불순물영역 사이에 게재된 이미지 센서.
13. The method of claim 12,
The photoelectric conversion element,
and first, second and third impurity regions formed on the substrate;
the first and third impurity regions have the same conductivity type, and the second impurity region has a conductivity type complementary to that of the first and third impurity regions;
The first impurity region has a shape surrounding the second impurity region, a portion of the second impurity region penetrates the first impurity region and has a shape in contact with the channel film, and the third impurity region is the channel An image sensor interposed between the membrane and the second impurity region.
 ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 15 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제14항에 있어서,
상기 채널막은 상기 제2불순물영역과 동일한 도전형을 갖고, 상기 제1 및 제3불순물영역과 상보적인 도전형을 갖는 이미지 센서.
15. The method of claim 14,
The channel layer has the same conductivity type as that of the second impurity region, and has a conductivity type complementary to that of the first and third impurity regions.
 ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 16 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제14항에 있어서,
상기 전송 게이트와 접하는 제1불순물영역의 두께보다 상기 제3불순물영역의 두께가 더 얇은 이미지 센서.
15. The method of claim 14,
and a thickness of the third impurity region is smaller than a thickness of the first impurity region in contact with the transfer gate.
 ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 17 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제14항에 있어서,
상기 제2불순물영역은 전하이동방향을 따라 점차 불순물 도핑농도가 증가하는 프로파일을 갖는 이미지 센서.
15. The method of claim 14,
The second impurity region has a profile in which an impurity doping concentration gradually increases along a charge transfer direction.
 ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 18 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제12항에 있어서,
상기 전송 게이트는,
게이트전극; 및
상기 게이트전극을 밀봉하도록 상기 게이트전극 전면에 형성된 게이트절연막을 포함하고, 상기 게이트절연막은,
상기 게이트전극과 상기 광전변환소자 사이에 형성된 제1게이트절연막;
상기 게이트전극과 상기 플로팅디퓨전층 사이에 형성된 제2게이트절연막; 및
상기 게이트전극 측벽에 형성된 제3게이트절연막
을 포함하는 이미지 센서.
13. The method of claim 12,
The transfer gate is
gate electrode; and
and a gate insulating film formed on the entire surface of the gate electrode to seal the gate electrode, wherein the gate insulating film comprises:
a first gate insulating film formed between the gate electrode and the photoelectric conversion element;
a second gate insulating layer formed between the gate electrode and the floating diffusion layer; and
A third gate insulating layer formed on a sidewall of the gate electrode
An image sensor comprising a.
 ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 19 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제18항에 있어서,
상기 제1게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막은는 저유전물질(Low-K materials)을 포함하고, 상기 제3게이트절연막은 고유전물질(High-K materials)을 포함하는 이미지 센서.
19. The method of claim 18,
The first gate insulating layer and the second gate insulating layer include low-k materials, and the third gate insulating layer includes high-k materials.
 ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 20 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 제12항에 있어서,
상기 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 상기 제1전극은 플로팅디퓨전층을 포함하는 이미지 센서. 13. The method of claim 12,
The capacitor has a form in which a first electrode, a dielectric layer, and a second electrode are sequentially stacked, and the first electrode includes a floating diffusion layer.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102535680B1 (en) * 2016-03-22 2023-05-24 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensor and method for fabricating the same
US10051218B1 (en) * 2017-02-03 2018-08-14 SmartSens Technology (U.S.), Inc. Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor and reflective structure
US9992437B1 (en) * 2017-02-03 2018-06-05 SmartSense Technology(U.S.), Inc. Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor
KR102615669B1 (en) * 2018-12-11 2023-12-20 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensing device
KR102642977B1 (en) * 2019-02-13 2024-03-05 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensing device and manufacturing method of the same
CN110061022B (en) * 2019-04-30 2021-04-13 德淮半导体有限公司 Image sensor and forming method thereof
CN110047861B (en) * 2019-04-30 2021-05-07 德淮半导体有限公司 Image sensor, forming method and operating method thereof
CN110137194B (en) * 2019-05-16 2021-02-26 德淮半导体有限公司 Pixel unit, image sensor and manufacturing method
US11557616B2 (en) 2019-07-29 2023-01-17 SK Hynix Inc. Image sensing device
KR102601796B1 (en) * 2021-03-10 2023-11-15 한국과학기술원 Multi-color photodetector and hyperspectral imaging system using the same
CN113130525B (en) * 2021-03-15 2023-02-28 常州大学 Triode image sensor
CN117546298A (en) * 2021-08-06 2024-02-09 索尼半导体解决方案公司 Light detection device, method for manufacturing light detection device, and electronic apparatus
CN115084181B (en) * 2022-07-20 2022-11-18 合肥晶合集成电路股份有限公司 3D CMOS image sensor and method of forming the same
CN114927539B (en) * 2022-07-20 2022-11-04 合肥晶合集成电路股份有限公司 3D CMOS image sensor and method for forming the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159067A (en) * 2003-11-27 2005-06-16 Victor Co Of Japan Ltd Solid-state imaging apparatus
US20060011919A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Chandra Mouli Vertical gate device for an image sensor and method of forming the same

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078746B2 (en) * 2003-07-15 2006-07-18 Micron Technology, Inc. Image sensor with floating diffusion gate capacitor
KR100630704B1 (en) * 2004-10-20 2006-10-02 삼성전자주식회사 CMOS image sensor comprising non-planar transistor and manufacturing method thereof
CN100578801C (en) * 2006-09-20 2010-01-06 富士胶片株式会社 Back lighting imaging device and manufacturing method thereof
JP5564909B2 (en) * 2009-11-30 2014-08-06 ソニー株式会社 SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
KR101845257B1 (en) * 2011-02-07 2018-04-04 삼성전자주식회사 image sensor
JP5950514B2 (en) * 2011-08-12 2016-07-13 キヤノン株式会社 Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP5864990B2 (en) * 2011-10-03 2016-02-17 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and camera
TW201334169A (en) * 2012-02-10 2013-08-16 Sony Corp Image pickup element, manufacturing device and method, and image pickup device
JP6161258B2 (en) * 2012-11-12 2017-07-12 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera
US8773562B1 (en) * 2013-01-31 2014-07-08 Apple Inc. Vertically stacked image sensor
US9443872B2 (en) * 2014-03-07 2016-09-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US9515116B1 (en) * 2015-05-22 2016-12-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Vertical transfer gate structure for a back-side illumination (BSI) complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor using global shutter capture
KR102414038B1 (en) * 2015-09-16 2022-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 Image sensor including vertical transfer gate and method for fabricating the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159067A (en) * 2003-11-27 2005-06-16 Victor Co Of Japan Ltd Solid-state imaging apparatus
US20060011919A1 (en) * 2004-07-16 2006-01-19 Chandra Mouli Vertical gate device for an image sensor and method of forming the same

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Publication number Publication date
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US9620540B1 (en) 2017-04-11
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US20170179174A1 (en) 2017-06-22
CN106847838A (en) 2017-06-13
US9929194B2 (en) 2018-03-27

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